Question

13．圖甲是一風(fēng)力裝置測(cè)試儀的原理圖．迎風(fēng)板與一壓敏電阻R_x連接，工作時(shí)迎風(fēng)板總是正對(duì)風(fēng)吹來(lái)的方向．已知電源電壓恒為4.5V，定值電阻R=1.0Ω，壓敏電阻R_x與迎風(fēng)板承受風(fēng)力F 的關(guān)系如圖乙所示．
（1）若在圖甲的電路中接入一只電壓表，使電壓表示數(shù)隨風(fēng)力的增大而增大，請(qǐng)?jiān)趫D甲中適當(dāng)位置畫出電壓表的元件符號(hào)．
（2）無(wú)風(fēng)時(shí)，求定值電阻消耗的電功率．
（3）如果電壓表的量程為0～3V，求該裝置所能測(cè)量的最大風(fēng)力．

Answer 1

分析 （1）由電路圖可知，R_x與R串聯(lián)，由圖乙可知，當(dāng)風(fēng)力增大時(shí)壓敏電阻阻值的變化，根據(jù)歐姆定律可知電路中電流的變化和R兩端的電壓變化，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)可知R_x兩端的電壓變化，然后根據(jù)電壓表示數(shù)隨風(fēng)力的增大而增大判斷電壓表的位置；
（2）根據(jù)圖乙可知無(wú)風(fēng)時(shí)壓敏電阻的阻值，根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律求出電路中的電流，利用P=I²R求出定值電阻消耗的電功率；
（3）由圖乙可知風(fēng)力越大時(shí)R_x的阻值越小，此時(shí)電路中的電流越大，R兩端的電壓越大，電壓表的示數(shù)越大，據(jù)此可知電壓表的示數(shù)最大時(shí)該裝置所能測(cè)量的風(fēng)力最大，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出R兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)和歐姆定律求出電路中的電流，再根據(jù)歐姆定律求出壓敏電阻的阻值，根據(jù)圖象讀出測(cè)量的最大風(fēng)力．

解答 解：（1）由電路圖可知，R_x與R串聯(lián)，
由圖乙可知，當(dāng)風(fēng)力增大時(shí)，壓敏電阻的阻值在減小，電路的總電阻減小，
由I=$\frac{U}{R}$可知，電路中的電流增大，R兩端的電壓增大，
因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以，R_x兩端的電壓減小，
由電壓表示數(shù)隨風(fēng)力的增大而增大可知，電壓表并聯(lián)在定值電阻R兩端，如下圖所示：

（2）由圖乙可知，無(wú)風(fēng)時(shí)，壓敏電阻的阻值為3.5Ω，
因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
所以，電路中的電流：
I=$\frac{U}{R+{R}_{x}}$=$\frac{4.5V}{1.0Ω+3.5Ω}$=1A，
定值電阻消耗的電功率：
P_R=I²R=（1A）²×1.0Ω=1W；
（3）當(dāng)電壓表示數(shù)為3V時(shí)，該裝置所能測(cè)量風(fēng)力最大，則壓敏電阻兩端的電壓：
U_x=U-U_R=4.5V-3V=1.5V，
因串聯(lián)電路中各處的電流相等，
所以，電路中的電流：
I′=$\frac{{U}_{R}}{R}$=$\frac{3V}{1.0Ω}$=3A，
壓敏電阻的阻值：
R_x′=$\frac{{U}_{x}}{I′}$=$\frac{1.5V}{3A}$=0.5Ω，
由圖乙可知，當(dāng)壓敏電阻的阻值為0.5Ω時(shí)，風(fēng)力為720N．
答：（1）如上圖所示；
（2）無(wú)風(fēng)時(shí)，定值電阻消耗的電功率為1W；
（3）如果電壓表的量程為0～3V，該裝置所能測(cè)量的最大風(fēng)力是720N．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電路的動(dòng)態(tài)分析和串聯(lián)電路特點(diǎn)以及歐姆定律、電功率公式的應(yīng)用，從圖象中獲取有用的信息是關(guān)鍵．